低比轉(zhuǎn)速混流式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪三維設(shè)計(jì)與優(yōu)化.pdf

1、隨著電力工業(yè)的發(fā)展及節(jié)能減排的需要，低比轉(zhuǎn)速混流式水輪機(jī)有很大的發(fā)展空間，但是轉(zhuǎn)輪設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)不足，設(shè)計(jì)理論不成熟是目前存在的問題。本文通過設(shè)計(jì)冷卻塔用的超低比轉(zhuǎn)速混流式轉(zhuǎn)輪和高水頭混流式水泵水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪，研究了低比轉(zhuǎn)速混流式轉(zhuǎn)輪設(shè)計(jì)及優(yōu)化方法。
　　 首先，編寫了低比轉(zhuǎn)速混流式轉(zhuǎn)輪葉片水力設(shè)計(jì)程序，該程序改進(jìn)了傳統(tǒng)的逐點(diǎn)積分法，給定葉片安放角沿軸面流線的分布規(guī)律，可以方便地對葉片包角進(jìn)行控制。通過模塊制作對設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)輪進(jìn)行快速CFD數(shù)

2、值分析，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)系統(tǒng)與性能分析系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)對接，大量減少設(shè)計(jì)人員的工作量。在設(shè)計(jì)程序的基礎(chǔ)上，以轉(zhuǎn)輪進(jìn)出口安放角及沿流線安放角分布控制系數(shù)為優(yōu)化變量，基于NSGA-Ⅱ遺傳算法，以轉(zhuǎn)輪水力效率及葉片最低壓力值為優(yōu)化目標(biāo)，編寫了低比轉(zhuǎn)速混流式轉(zhuǎn)輪優(yōu)化程序。
　　 其次，基于設(shè)計(jì)程序，給定不同的葉片安放角分布規(guī)律設(shè)計(jì)了具有不同包角的超低比轉(zhuǎn)速混流式轉(zhuǎn)輪葉片，分析了葉片安放角分布規(guī)律與速度矩分布規(guī)律的關(guān)系及其對轉(zhuǎn)輪壓力分布和效率的影

3、響，并得出了從上冠流線至下環(huán)流線葉片安放角分布規(guī)律控制系數(shù)的變化趨勢。
　　 然后，基于轉(zhuǎn)輪優(yōu)化程序，尋找出相對最優(yōu)的超低比轉(zhuǎn)速混流式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪，連同蝸殼、導(dǎo)水機(jī)構(gòu)、尾水管進(jìn)行了全流道定常數(shù)值模擬計(jì)算。結(jié)果表明，超低比轉(zhuǎn)速混流式水輪機(jī)具有較高的效率及良好的空化性能。
　　 最后，基于設(shè)計(jì)程序，分別按水輪機(jī)工況參數(shù)、按水泵工況參數(shù)和綜合考慮雙向流動三種方式設(shè)計(jì)了高水頭混流式水泵水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪，并進(jìn)行了數(shù)值模擬分析。結(jié)果顯示，水